Performance study of hybrid cooling systems for the utilization in buildings

• Auteur / Autrice : Farah Kojok
• Direction : Rachid Outbib, Rafic Younes
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et informatique. Automatique
• Date : Soutenance le 15/12/2016
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Mathématiques et Informatique de Marseille (Marseille ; 1994-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'information et des systèmes (Marseille)
• Jury : Président / Présidente : Salah Bourennane
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andrian Ilinca, Oussama Ibrahim, Rafic Younes
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Vicenç Puig Cayuela, Catherine Cadet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Climatisation solaire passive

Climatisation solaire

Économies d'énergie

Énergies renouvelables

Energie primaire

Mots clés libres

Systèmes de refroidissement

Énergie renouvelable

Gestion

Efficacité énergétique

Système hybride

Simulation

Cooling systems

Renewable energy

Energy management

Effectiveness

Hybrid system

Simulation

Résumé

La thèse est une contribution à la réduction de la consommation d'énergie primaire et à une meilleure utilisation des sources d'énergie renouvelables dans le cadre des systèmes de refroidissement utilisés dans le bâtiment. Après un état de l'art sur les systèmes de refroidissement, un modèle dynamique d'un système de rafraîchissement solaire à base de machine à absorption est développé et simulé. Ensuite, un facteur d'efficacité pour comparer la pertinence de ce système dans différentes régions du monde est défini. Dans la troisième partie, la notion des systèmes de refroidissement hybride -une méthode efficace contribuant à la réduction de la consommation d'énergie primaire- est présentée. Puis, les systèmes hybrides de refroidissement sont classés en catégories et sont comparés avec les systèmes de refroidissement individuels. Ensuite, un schéma permettant de sélectionner le meilleur système de refroidissement hybride dans des conditions données est proposé. Dans la dernière partie, une méthode de dimensionnement d’un système hybride à base d’énergies renouvelables est établie. Ainsi, le dimensionnement est réalisé en tenant compte de la région spécifique d’utilisation. Pour ce faire, un système de refroidissement hybride, conçu pour une maison standard, est modélisé puis simulé en utilisant le logiciel Trnsys. Finalement, et pour illustrer la méthode proposée, la problématique de dimensionnement est considérée pour deux régions différentes du globe; à savoir Marseille-France et Beyrouth-Liban. Le but est d’évaluer les performances de la méthode, à travers des données effectives, pour diverses conditions climatiques, prix des composants et tarif d'électricité.

This thesis is a contribution towards the reduction of primary energy consumption and a better use of the renewable energy sources within the cooling system for building use. After a state of the art of the cooling machines for building use, a dynamic model for a solar absorption cooling system is developed and simulated. Then, an effectiveness factor (EF) for the comparison of solar absorption chiller suitability in different locations is defined. In the third chapter, the concept of hybrid cooling system -an efficient method contributing to the reduction of primary energy consumption- is presented. Hybrid cooling systems are categorized and reviewed, with the improvement achieved compared to standalone technologies. Then, a scheme for the selection of the best hybrid cooling system for given conditions is proposed. In the last part, an optimal sizing method that defines, in a specific region, a hybrid cooling energy system, economically feasible with maximum renewable energy share is presented. Thereby, the sizing method is performed taking into account the region where it will be used. For this purpose, a hybrid cooling system, used for a standard residential house, is designed. The system is modeled and simulated using a transient system simulation program, called Trnsys. Finally, the problem of sizing is studied for different case studies; namely Marseilles-France and Beirut-Lebanon. The aim is to assess the proposed method according to diverse climatic conditions, component prices and electricity costs.